CN101402842A - 一种用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用酸碱盐联合改性的大豆胶粘剂及其制备方法，其原料为：脱脂豆粉、水、酸、金属氯化物(盐)、碱；其制备工艺为：将脱脂豆粉与水混合均匀，在一定的温度下加入酸，再加入金属氯化物(盐)反应一段时间，最后加入碱，再反应一段时间即成。采用这种方法制得的大豆胶粘剂，耐水胶合强度与脲醛树脂胶相当，用其压制成的杨木胶合板试件在63℃±3℃的热水浸渍3h，胶合强度≥0.7MPa；经沸水煮12小时也不开胶；且原料成本低，制备工艺简单，无毒环保。该胶适合用于生产各种木材加工产品。该胶经喷雾干燥或冷冻干燥可制成粉剂。
Description
技术领域
本发明属于木材胶粘剂制备技术领域，更具体涉及一种用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展及人类文明的进步，保护环境、节约能源、与自然和谐共存已成了科学技术发展的主旋律。但目前全世界生产的胶粘剂仍以石油化工产品为主要原料，特别是甲醛系胶粘剂还占据着主导地位，严重地污染环境，危害人们的身体健康。因此，研制出从生产到应用过程都无污染、无“三废”排放的环保型胶粘剂已刻不容缓。大豆胶粘剂以其原料来源丰富、价格低廉、可再生等优点正逐步成为科学家们研究的热点。但豆胶不耐水、不耐腐，不能满足木材工业生产和应用的需求。因此，通过各种改性方法来提高大豆胶粘剂的耐水性、耐腐性和粘接强度，成了大豆基木材胶粘剂开发的关键。
中国专利(CN 1793270)公开了“一种以大豆分离蛋白为基料的粉末生物胶粘剂”，它所用的原料是大豆分离蛋白，成本比脱脂豆粉高。
中国专利(CN 101126008)公开了“单宁酸与硼酸改性豆粉胶粘剂及其制备方法”，所用的改性剂是单宁酸和硼酸，从实例看，用该胶胶合的木材制品只耐30℃水浸泡。
中国专利(CN 101255328)公开了“一种生产改性大豆蛋白胶粘剂的方法”，以大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的一种为原料，利用乙醇的亲水和疏水特性，使乙醇的疏水基团浸入到蛋白质分子内部，从而破坏其分子结构，导致蛋白质变性，制成胶粘剂。但用该胶粘接的木板样品也只耐室温水浸泡。
美国专利(US 2005/0222358A1)公开了一种使用豆粉、氢氧化钠、乙二醇、甲醛、苯酚为原料，制得耐水性植物蛋白胶粘剂。这种胶粘剂中豆粉的用量较少，所用的苯酚等原料来源于石油，且有毒，不利于人类健康。
美国专利(US 2007/0148339A1)公开了一种在经氢氧化钠变性后的豆粉中添加酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛树脂、甲醛或聚乙二醇制备改性豆胶的方法。从专利的实例中可以看出豆粉在改性豆胶中的比例较低(＜10％)，醛类交联剂含量很高(大于豆粉)，因此改性豆胶中含有醛、酚等有毒物质，仍会对环境造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂及其制备方法，用于木材工业中的人造板及木制品制造上。制备方法简单易行，原料易得，可操作性强，制备的改性大豆胶粘剂环保性能好，耐水胶合强度达到国家标准GB/T 14732-2006中脲醛树脂胶的技术要求，即用于压制杨木胶合板，试件在63℃±3℃的热水浸渍3h，胶合强度≥0.7MPa；经沸水煮12小时也不开胶；且无毒、环保、成本低廉，产品具有显著的市场竞争力，适合大规模推广。
本发明的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的原料配方中各组分的重量份数为：脱脂大豆粉5～20份、水15～80份、酸0.4～5.0份、金属氯化物0.001～0.04份、碱液1.2～27.0份。
本发明的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：按照所述的原料配方：
①向反应釜中加入水，控制温度20～45℃；
②加入脱脂豆粉，搅拌一段时间，使其混合均匀；
③加入酸，反应一段时间；
④加入金属氯化物水溶液，反应一段时间；
⑤加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；
或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属氯化物酸溶液，反应一段时间
后，再继续按照所述步骤⑤进行。
本发明的显著优点是：
(1)本发明使用脱脂豆粉为主要原料，脱脂豆粉为大豆榨油后的副产物，具有成本低，来源广，可再生等特点，制成的改性大豆胶粘剂无毒、环保，成本低，市场优势明显，具有显著的经济效益。
(2)本发明首次使用了酸-盐-碱的工艺制备大豆胶粘剂，工艺简单，可操作性强，易于工业化大规模生产。
(3)本发明的改性大豆胶粘剂的耐水胶合强度达到国家标准GB/T 14732-2006中脲醛树脂胶的技术要求，即用于压制杨木胶合板，试件在63℃±3℃的热水浸渍3h，胶合强度≥0.7MPa；经沸水煮12小时也不开胶，耐水性好。
具体实施方式
原料配方中各组分的重量份数为：脱脂大豆粉5～20份、水15～80份、酸0.4～5.0份、金属氯化物0.001～0.04份、碱液1.2～27.0份。
其中，脱脂大豆粉为经低温脱脂的大豆粉，包括大豆经冷榨油后得到的副产物，粒度≥100目；酸为氢卤酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或几种混合物；所述的酸均采用未被稀释的浓酸；金属氯化物为碱土金属或过渡金属离子的氯化物中的一种或几种混合物，所述金属氯化物采用水或直接采用原料配方中所述酸为溶剂配制成浓度为0.001～0.02g/ml的金属氯化物溶液使用；碱液是重量浓度为5％～40％的氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙溶液中的一种或几种混合物。
制备的具体步骤为：按照所述的原料配方：
①向反应釜中加入水，控制温度20～45℃；
②加入脱脂豆粉，搅拌一段时间，使其混合均匀；
③加入酸，反应一段时间；
④加入金属氯化物水溶液，反应一段时间；
⑤加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；
或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属氯化物酸溶液，反应一段时间后，再继续按照所述步骤⑤进行。
改性大豆胶粘剂还可以经喷雾干燥或冷冻干燥制成粉剂。
反应釜采用可控制温度和带有搅拌器的反应釜。
所述全反应过程所用的搅拌速度≤80转/分钟；反应时间为：步骤②：30min～60min；步骤③：1min～5min，步骤④：15min～40min；步骤⑤：10min～30min。
所述直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属氯化物酸溶液的反应时间为：16min～45min。
本发明下面结合具体实例来进一步阐明；但是本发明不仅限于此。
实施例1
在可控温带搅拌器的反应釜中加入40份水，开动搅拌器，控制温度30℃，缓慢加入10份脱脂豆粉，搅拌35min，使其混合均匀；加入1.6份浓盐酸，反应2min；加入4.0份含量0.005g/mL氯化镁水溶液，反应35min；再加入4.0份重量浓度30％的氢氧化钠溶液，继续搅拌20min，放料即成。
实施例2
在可控温带搅拌器的反应釜中加入30份水，开动搅拌器，控制温度35℃，缓慢加入8份脱脂豆粉，搅拌45min，使其混合均匀；加入2.0份浓盐酸，反应5min；加入2.2份含量0.002g/mL氯化铁水溶液，反应25min；再加入10.0份重量浓度20％的氢氧化钠溶液，继续搅拌15min，放料即成。
实施例3
在可控温带搅拌器的反应釜中加入60份水，开动搅拌器，控制温度20℃，缓慢加入16份脱脂豆粉，搅拌50min，使其混合均匀；加入1.2份浓硝酸，反应3min；加入2.0份含量0.02g/mL氯化钡水溶液，升温至35℃，反应20min；再加入3.0份重量浓度40％的氢氧化钾溶液，继续搅拌30min，放料即成。
实施例4
将氯化铁加入浓硝酸中，配成氯化铁含量为0.001g/mL的氯化铁-浓硝酸溶液备用。在可控温带搅拌器的反应釜中加入20份水，开动搅拌器，控制温度为40℃，缓慢加入7份脱脂豆粉，搅拌60min，使其混合均匀；然后加入2.5份配制好的氯化铁-浓硝酸溶液，反应16min，再加入8.0份重量浓度30％的氢氧化钾溶液，继续搅拌10min，放料即成。
实施例5
将氯化锰加入浓盐酸中，配成氯化锰含量为0.002g/mL的氯化锰-浓盐酸溶液备用。在可控温带搅拌器的反应釜中加入80份水，开动搅拌器，控制温度为25℃，缓慢加入20份脱脂豆粉，搅拌30min，使其混合均匀；然后加入4.5份配制好的氯化锰-浓盐酸溶液，反应45min，再加入4.5份重量浓度30％的氢氧化钠溶液，继续搅拌10min，放料即成。
实施例6
在可控温带搅拌器的反应釜中加入50份水，开动搅拌器，控制温度35℃，缓慢加入15份脱脂豆粉，搅拌45min，使其混合均匀；加入5.0份磷酸，反应4min；加入0.4份含量0.01g/mL氯化钙水溶液，反应30min；再加入20.0份重量浓度为10％的氢氧化钡溶液，继续搅拌20min，放料即成。
实施例7
在可控温带搅拌器的反应釜中加入15份水，开动搅拌器，控制温度40℃，缓慢加入5份脱脂豆粉，搅拌55min，使其混合均匀；加入0.4份浓硝酸，反应1min；加入1.0份含量0.001g/mL氯化锌水溶液，反应20min；再加入1.2份重量浓度为30％的氢氧化钠溶液，继续搅拌15min，放料即成。
实施例8
在可控温带搅拌器的反应釜中加入70份水，开动搅拌器，控制温度45℃，缓慢加入20份脱脂豆粉，搅拌40min，使其混合均匀；加入3.0份浓盐酸，反应2min；加入6.0份含量0.001g/mL氯化钴水溶液，反应25min；再加入27.0份重量浓度为5％的氢氧化钾溶液，继续搅拌30min，放料即成。
Claims (9)
1.一种用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂，其特征在于：所述大豆胶粘剂的原料配方中各组分的重量份数为：脱脂大豆粉5～20份、水15～80份、酸0.4～5.0份、金属氯化物0.001～0.04份、碱液1.2～27.0份。
2.根据权利要求1所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂，其特征在于：所述脱脂大豆粉为经低温脱脂的大豆粉，包括大豆经冷榨油后得到的副产物，粒度≥100目。
3.根据权利要求1所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂，其特征在于：所述酸为氢卤酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或几种混合物；所述的酸均采用未被稀释的浓酸。
4.根据权利要求1所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂，其特征在于：所述金属氯化物为碱土金属或过渡金属离子的氯化物中的一种或几种混合物，所述金属氯化物采用水或直接采用原料配方中所述酸为溶剂配制成浓度为0.001～0.02g/ml的金属氯化物溶液使用。
5.根据权利要求1所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂，其特征在于：所述碱液是重量浓度为5％～40％的氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙溶液中的一种或几种混合物。
6.一种如权利要求1、2、3、4或5所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤，按照所述的原料配方：
①向反应釜中加入水，控制温度20～45℃；
②加入脱脂豆粉，搅拌一段时间，使其混合均匀；
③加入酸，反应一段时间；
④加入金属氯化物水溶液，反应一段时间；
⑤加入碱液，继续反应一段时间，放料即成；
或者，在步骤②后直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属氯化物酸溶液，反应一段时间后，再继续按照所述步骤⑤进行。
7.根据权利要求6所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述改性大豆胶粘剂经喷雾干燥或冷冻干燥制成粉剂。
8.根据权利要求6所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述的反应釜采用可控制温度和带有搅拌器的反应釜。
9.根据权利要求7所述的用酸盐碱联合改性的大豆胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述全反应过程所用的搅拌速度≤80转/分钟；反应时间为：步骤②：30min～60min；步骤③：1min～5min，步骤④：15min～40min；步骤⑤：10min～30min。所述直接加入采用所述酸为溶剂配制的金属氯化物酸溶液的反应时间为：16min～45min。
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